JPH0436115B2 - - Google Patents

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JPH0436115B2
JPH0436115B2 JP62102349A JP10234987A JPH0436115B2 JP H0436115 B2 JPH0436115 B2 JP H0436115B2 JP 62102349 A JP62102349 A JP 62102349A JP 10234987 A JP10234987 A JP 10234987A JP H0436115 B2 JPH0436115 B2 JP H0436115B2
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sio
weight
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Koji Oonishi
Hiroshi Tomatsu
Katsumi Maeda
Toshio Kawanami
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Nikkato Corp
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Nikkato Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は、新規なムライト質焼結体及びその製
造方法に関する。 従来技術及びその問題点 ムライトセラミツクスは、古くから化学磁器、
耐火物等として利用されてきたが、その熱安定性
が非酸化物系セラミツクスに比して優れているこ
とから、最近耐熱性構造材料として脚光を浴びる
ようになつてきた。 従来ムライトセラミツクスは、カオリン、アル
ミナ等の天然原料から製造されている。この様な
セラミツクスにおいては、焼結性を改善するため
に、ムライトの組成よりはシリカが過剰に使用さ
れているので、原料中に含まれる不純物が過剰に
存在するシリカと結合して、焼結体中にガラス相
を多量に形成する。従つて、ムライト焼結体の熱
的性質は、このガラス相に支配され、高温強度が
低下する。 近年、Al2O3/SiO2比をコントロールして化学
的に高純度のムライト原料粉体を調製し、これを
使用してガラス相の少ないムライト質焼結体を製
造する試みがなされており(例えば特願昭61−
286264号)、従来のムライト質焼結体に比して高
温強度に優れた焼結体が得られている。しかしな
がら、この新しいムライト質焼結体においても、
実用的な観点からは、高温における耐クリープ特
性が不充分であり、耐熱性構造材料としては、よ
り一層の耐熱性の向上が要望されている。 問題点を解決する為の手段 本発明者は、従来技術の上記の如き問題点に鑑
みて、研究を進めた結果、Al2O3/SiO2比をコン
トロールするとともに、ムライトの結晶粒径を
2μm以上としたムライト焼結体が、優れた耐熱
性を発揮することを見い出した。 そして引続く研究において、本願発明者は、
Al2O3とSiO2の合計100重量部に対してTiO2
0.02〜5重量%含有させる場合には、耐熱性特に
耐クリープ特性により優れたムライト焼結体が得
られることを見出した。 即ち、本発明は、下記のムライト焼結体及びそ
の製造方法を提供するものである: () Al2O3/SiO2(重量比)が 73/27〜78/22の範囲内にあり、 () Al2O3とSiO2との合計100重量部に対し
TiO20.02〜5重量部を含み、 () 結晶粒径が2μm以上で、 () 主たる結晶相がムライト相からなること
を特徴とする耐熱性ムライト質焼結体; 及び () Al2O3/SiO2(重量比)が 73/27〜78/22の範囲内にあり、且つ () Al2O3とSiO2との合計100重量部に対し
TiO20.02〜5重量部を含む粉体原料を成形
した後、焼成することを特徴とする () Al2O3/SiO2(重量比)が 73/27〜78/22の範囲内にあり、 () Al2O3とSiO2との合計100重量部に対し
TiO20.02〜5重量部を含み、 () 結晶粒径が2μm以上で、 () 主たる結晶相がムライト相からなる耐熱
性ムライト質焼結体の製造方法。 本発明によるムライト焼結体は、下記の各要件
を充足する必要がある。 () Al2O3とSiO2との配合割合は、 Al2O3/SiO2=73/27〜78/22(重量比)の範
囲内とする。この範囲内で特に焼結体の耐クリ
ープ性が高くなる。SiO2が過剰となると、焼
結工程でSiO2又は非晶質相が生成し易くなり、
常温における強度等は向上するが、耐クリープ
性が低下するので、好ましくない。一方、
Al2O3が過剰になりすぎると、アルミナが多量
に析出し、またムライト結晶が針状から粒状に
変つてアスペクト比の小さな結晶となるととも
に強度及び耐熱性が低下し、耐クリープ性も低
下する。Al2O3/SiO2=73/27〜77/23とする
ことがより好ましい。 () TiO2の含有量は、Al2O3と SiO2との合計量に対し、0.02〜5重量部とす
る。この範囲内の量が、焼結体の耐熱性向上に
特に顕著な効果を奏する。TiO2の含有量が
0.02重量部未満の場合には、ムライト結晶への
固溶量が少なくなるので、配合効果が充分に発
揮されない。一方、TiO2の含有量が5重量%
を上回る場合には、Al2O3とTiO2との化合物や
TiO2が結晶粒界層に析出するため、焼結体の
機械的特性の低下を招く。TiO2の含有量は、
0.1〜3重量部とすることがより好ましい。
TiO2の存在は、焼結温度を低下させる利点を
も生ずる。 () 焼結体中のムライト結晶の粒径を2.0μm以
上とする。結晶粒径が2.0μmを下回る場合に
は、焼結体の耐クリープ特性が充分には改善さ
れない。ムライト結晶の粒径は、2.5μm以上で
あることがより好ましい。尚、焼結体の製造を
以下に示す本発明方法により行なう場合には、
ムライト結晶の粒径は、最大20μm程度であ
り、この様な焼結体は、所望の優れた性能を発
揮する。 () 焼結体中の結晶相が主にムライト晶からな
つている。上記Al2O3とSiO2との割合において
は、アルミナ相が5%程度まで含まれる場合が
あるが、これによつて焼結体の物性が阻害され
ることはない。 本発明焼結体は、通常かさ密度3.00g/cm3以上
で且つ室温強度25Kgf/mm2以上の特性を有しお
り、適切な製造条件で製造されるものは、かさ密
度3.05g/cm3以上で且つ室温強度30Kgf/mm2以上
の特性を有する場合がある。 尚、本発明のムライト質焼結体は、その重量の
2%を上限として、ZrO2、Cr2O3等を含んでいて
も良い。この許容版以内であれば、焼結体の物性
に悪影響を及ぼすことはなく、靭性や強度を向上
させたり、焼結を促進する効果が得られることが
ある。又、アルカリ金属酸化物の含有量は、0.1
重量%以下とすることが好ましい。 本発明焼結体を製造するには、Al2O3とSiO2
の比が所定の範囲内にあり、この両者に対する
TiO2の割合が所定の範囲内にあり、且つAl2O3
SiO2とからなる主たる成分が予め仮焼によりム
ライト化している粉体原料を常法に従つて成形
し、焼結する。この様な粉体原料は、液体原料を
使用する公知の種々の方法で調製可能であり、製
造方法は、特に限定されない。具体的には、ゾル
ーゲル法、共沈法、液状原料から水分を蒸発させ
て粉体化する方法、液状原料を噴霧して熱分解す
る方法等により得た粉体を900〜1500℃程度の温
度で、好ましくは1000〜1350℃程度の温度で仮焼
する方法等が例示される。 最も一般的な方法である共沈法の場合には、例
えば、メライト質成形焼結体中のAl/Si/Ti比
に相当するAl化合物、Si化合物及びTi化合物を
含む液状原料を調製し、均一となるまで混合し、
各化合物を共沈させた後、乾燥して、粉体を得
る。次いで、ムライト形成温度である900〜1500
℃で仮焼した後、粉砕して分散させ、好ましくは
平均粒径2μm以下の焼結用の粉体原料とすれば
よい。或いは、ムライト質成形焼結体中のAl/
Si比に相当するAl化合物及びSi化合物を含む液
状原料を調製し、均一となるまで混合し、両化合
物を共沈させた後、乾燥して、粉体を得る。次い
で、900〜1500℃で仮焼した後、これにTiO2粉末
を加え、全体を粉砕して分散させ、焼結用の粉体
原料としても良い。或いは更に、ムライト質成形
焼結体中のAl/Si比よりも低い割合でAl化合物
及びSi化合物を含む液状原料を調製し、均一とな
るまで混合し、両化合物を共沈させた後、乾燥し
て、粉体を得る。次いで、900〜1500℃で仮焼し
た後、これにAl2O3粉末及びTiO2粉末を加え、全
体を粉砕して分散させ、焼結用の粉体原料として
も良い。或は、ムライト質焼結体中のAl/Si比
に相当するAl化合物及びSi化合物を含む液状原
料を調製し、均一となるまで混合し、両化合物を
共沈させた後、乾燥して、粉体を得る。次いで、
900〜1500℃で仮焼した後、これにケイ酸アルミ
ニウム化合物粉末及びTiO2粉末を加え、全体を
粉砕して分散させ、焼結用の粉体原料としても良
い。或いは更に、ムライト質成形焼結体中の
Al/Si比に相当する割合でAl化合物及びSi化合
物を含む液状原料を調製し、均一となるまで混合
し、両化合物を共沈させた後、乾燥して、粉体を
得る。次いで、900〜1500℃で仮焼した後、これ
をTiを含む液状原料に加えて調製した粉体を粉
砕して分散させ、焼結用の粉体原料としても良
い。 更に、やはり一般的な方法であるゾル−ゲル法
による場合には、例えば、ムライト質焼結体中の
Al/Si/Ti比に相当するAl化合物、Si化合物及
びTi化合物を含む液状原料を調製し、均一とな
るまで混合し、PHの調製により或は乾燥によりゲ
ルを得、これを900〜1500℃で仮焼した後、粉砕
して分散させ、好ましくは平均粒径2μm以下の
焼結用の粉体原料とすれば良い。或は、ムライト
質焼結体中のAl/Si比に相当するAl化合物及び
Si化合物を含む液状原料を調製し、均一となるま
で混合し、PHの調製により或は乾燥によりゲルを
得、これを900〜1500℃で仮焼した後、TiO2粉末
を加え、全体を粉砕して分散させ、焼結用の粉体
原料としても良い。或は更に、ムライト質焼結体
中のAl/Si比よりも低い割合でAl化合物及びSi
化合物を含む液状原料を調製し、均一となるまで
混合し、PHの調製により或は乾燥によりゲルを
得、これを900〜1500℃で仮焼した後、Al2O3
末及びTiO2粉末を加え、全体を粉砕して分散さ
せ、焼結用の粉体原料としても良い。更に、ムラ
イト質焼結体中のAl/Si比に相当する割合でAl
化合及びSi化合物を含む液状原料を調製し、均一
となるまで混合し、PHの調整により或は乾燥によ
りゲルを得、これを900〜1500℃で仮焼した後、
ケイ酸アルミニウム粉末及びTiO2粉末を加え、
全体を粉砕して分散させ、焼結用の粉体原料とし
ても良い。更に又、ムライト質焼結体中のAl/
Si比に相当するAl化合物及びSi化合物を含む液
状原料を調製し、均一となるまで混合し、PHの調
製により或は乾燥によりゲルを得、これを900〜
1500℃で仮焼した後、Tiを含む液状原料を加え、
全体を粉砕して分散させ、焼結用の粉体原料とし
ても良い。 粉体原料製造の為のAl源としては、アルミナ
ゾル、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝
酸アルミニウム等が使用され、Si源としては、シ
リカゾル、エチルシリケート等が使用され、Ti
源としては、塩化チタニウム、チタンアルコキシ
ド等がそれぞれ通常使用される。 上記の様にして製造された原料粉体は、常法に
従つて成形され、1550〜1800℃程度で焼結され
て、本発明のムライト質焼結体となる。 発明の効果 本発明のムライト質焼結体は、高温における耐
クリープ性及び熱安定性、高温強度等に優れてい
るので、高温用ローラー、高温用治具、炉心管、
保護管等として有用である。 実施例 以下に実施例を示し、本発明の特徴とするとこ
ろをより一層明らかにする。 実施例 1 0.5モル%塩化アルミニウム溶液とSiO2分10重
量%のシリカゾルとを混合して、第1表に示す通
りのAl2O3及びSiO2としての重量比を有する均一
な液状原料を得た後、アンモニア水を加えて中和
共沈させ、得られた沈澱物を乾燥し、1250℃で8
時間焼成して、ムライト粉体を得た。このムライ
ト粉体100重量部に所定量のTiO2粉体を加え、粉
砕して分散させた後、混合粉体重量の2%のポリ
ビニルアルコールを加え、静水圧成形法により成
形圧1トン/cm2で60×60×5mmの板状に成形し、
1650℃で2時間焼成してムライト質焼結体(アル
カリ金属酸化物含有量0.1%以下)を得た。 第1表にその結果を示す。尚、第1表における
各項目は、それぞれ以下の事項を示す。 ()…Al2O3/SiO2(重量比) ()…TiO2(重量部) ()…ムライト結晶粒径(μm) ()…歪み速度(1/h;1500℃、2Kgf/mm2
応力で測定)
【表】 本発明のムライト質焼結体No.1〜5は、歪み速
度が小さく、優れた耐クリープ性を備えているこ
とが明らかである。 実施例 2 実施例1と同様の手順により、TiO2含有量
0.05%(Al2O3とSiO2との合計重量に対し)、ムラ
イト結晶粒径2.3μmで Al2O3とSiO2との重量比が種々異なるムライト
質焼結体を製造した。 第1図にAl2O3/SiO2比と歪み速度(1/h)
との関係を示す。 Al2O3/SiO2比が73/27〜78/22の範囲で良好
な耐クリープ性が得られている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ムライト質焼結体におけるAl2O3
SiO2比と耐クリープ性との関係を示すグラフで
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 () Al2O3/SiO2(重量比)が 73/27〜78/22の範囲内にあり、 () Al2O3とSiO2との合計100重量部に対し
    TiO20.02〜5重量部を含み、 () 結晶粒径が2μm以上で、 () 主たる結晶相がムライト相からなることを
    特徴とする耐熱性ムライト質焼結体。 2 () Al2O3/SiO2(重量比)が 73/27〜78/22の範囲内にあり、且つ () Al2O3とSiO2との合計100重量部に対し
    TiO20.02〜5重量部を含む粉体原料を成形し
    た後、焼成することを特徴とする () Al2O3/SiO2(重量比)が 73/27〜78/22の範囲内にあり、 () Al2O3とSiO2との合計100重量部に対し
    TiO20.02〜5重量部を含み、 () 結晶粒径が2μm以上で、 () 主たる結晶相がムライト相からなる耐熱
    性ムライト質焼結体の製造方法。 3 (イ) 所定の割合でAlとSiとTiとを含む液状
    原料から調製した粉体を900〜1500℃で仮焼し
    て得た粉体原料、 (ロ) AlとSiとを含む液状原料から調製した粉体
    を900〜1500℃で仮焼し、これにTiO2粉末を加
    えて得た粉体原料、 (ハ) AlとSiとを含む液状原料から調製した粉体
    を900〜1500℃で仮焼し、これにAl2O3粉末及
    びTiO2粉末を加えて得た粉体原料、 (ニ) AlとSiとを含む液状原料から調製した粉体
    を900〜1500℃で仮焼し、これにケイ酸アルミ
    ニウム化合物粉末及び TiO2粉末を加えて得た粉体原料、又は (ホ) AlとSiとを含む液状原料から調製した粉体
    を900〜1500℃で仮焼し、これをTiを含む液状
    原料に加えて得た粉体原料 を粉砕して分散させた後、成形し、焼成する特許
    請求の範囲第2項に記載の耐熱性ムライト質焼結
    体の製造方法。
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